地下水曝氣修復(fù)過程的三維數(shù)值模擬
摘要
地下水曝氣法是去除揮發(fā)性有機(jī)污染物的重要原位修復(fù)方法之一,目前已得到廣泛應(yīng)用,但其現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)主要依據(jù)經(jīng)驗(yàn),缺乏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).為深入了解曝氣去除污染物過程,并為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)提供重要參考依據(jù),針對(duì)地下水曝氣過程開展了數(shù)值模擬研究.水氣兩相滲流數(shù)值模型以水壓力和氣壓力作為基本未知量,利用達(dá)西定律和質(zhì)量守恒原理可以建立水氣兩相滲流過程的控制方程.利用VanGenuchten(VG)模型及Mualem公式,建立滲透系數(shù)-飽和度-基質(zhì)吸力(K-S-P)三者之間的關(guān)系.污染物的去除過程則是在水氣兩相滲流的基礎(chǔ)上,引入污染物的溶質(zhì)運(yùn)移、相間交換及生物降解模型.采用開發(fā)的有限元數(shù)值模型,對(duì)地下水曝氣過程及污染物去除過程進(jìn)行三維數(shù)值模擬,并將三維數(shù)值模擬的結(jié)果與二維數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比.結(jié)果表明,三維模型的曝氣影響區(qū)域偏小,在曝氣口附近,水有效飽和度最小;在曝氣口上方,水飽和度先增大后減小.考慮氣體所受的浮力作用或不考慮氣體可壓縮性均會(huì)使計(jì)算得到的曝氣影響區(qū)域偏小.污染物去除邊界與曝氣影響區(qū)域的邊界基本一致,在曝氣區(qū)域內(nèi),溶質(zhì)交換過程大大促進(jìn)了污染物的去除速率;在曝氣區(qū)域外,污染物的去除主要通過生物降解作用,去除較慢.結(jié)果表明實(shí)際工程地下水曝氣修復(fù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)使得曝氣影響區(qū)域覆蓋污染區(qū)域以得到較好的修復(fù)效果.研究結(jié)果表明,兩相滲流模型結(jié)合污染物遷移轉(zhuǎn)化模型的三維有限元數(shù)值模擬可以較好地模擬地下水曝氣法去除污染物的全過程,對(duì)地下水曝氣的設(shè)計(jì)、應(yīng)用與效果評(píng)價(jià)具有重要指導(dǎo)意義.
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